SiC 적층 제조: 혁신 공개

소개: 맞춤형 탄화규소 적층 제조 기계는 무엇이며 왜 필수적인가요?

탄화규소(SiC)는 오랫동안 극한 환경을 위한 챔피언 재료로 인정받아 왔으며, 뛰어난 경도, 높은 열전도율 및 뛰어난 화학적 불활성으로 높이 평가받고 있습니다. 전통적으로 SiC를 복잡한 부품으로 성형하는 것은 본질적인 취성 및 가공의 어려움으로 인해 도전적이고 비용이 많이 드는 노력이었습니다. 그러나 탄화규소 적층 제조 기계의 출현은 고성능 SiC 부품 생산에 대한 산업의 접근 방식을 혁신하고 있습니다. 이러한 고급 기계는 바인더 제팅, 직접 잉크 쓰기 또는 분말 베드 융

맞춤형 SiC 첨가제 제조(AM) 기계의 본질적인 특성은 전례 없는 설계 자유를 열고, 신속한 프로토타입 제작을 용이하게 하며, 맞춤형 고성능 SiC 부품의 주문형 생산을 가능하게 하는 능력에 있습니다. 이러한 능력은 반도체, 항공우주, 에너지 등 기술의 경계를 넓히는 산업에 매우 중요합니다. 복잡한 내부 채널 또는 격자 설계를 갖춘 최적화되고 가벼운 구조물을 만들 수 있도록 함으로써 SiC AM 기계는 향상된 효율성, 향상된 성능 및 가속화된 혁신을 위한 길을 열고 있습니다. 조달 관리자 및 기술 구매자의 경우 이러한 기계의 잠재력을 이해하는 것은 고급 제조 공정에도 불구하고 우수한 기능과 잠재적으로 더 낮은 시스템 수준 비용을 제공하는 부품을 소싱하여 경쟁 우위를 확보하는 것을 의미합니다. 산업용 3D 프린팅 SiC로의 전환은 설계-제조 가능성 제약에서 최적 성능을 위한 제조로의 패러다임 전환을 의미합니다.

적층 제조된 SiC의 주요 응용 분야: 반도체, 항공우주, 고온 로 등.

탄화규소의 고유한 특성은 첨가제 제조의 설계 유연성과 결합되어 까다로운 산업 분야에서 광범위한 응용 분야를 열어줍니다. SiC 첨가제 제조 기계로 생산된 부품은 기존 재료가 부족한 곳에서 점점 더 많이 사용됩니다. 다음은 이 기술의 혜택을 받는 주요 산업을 살펴봅니다.

• 반도체 제조: 웨이퍼 취급 시스템, 척, 샤워헤드, 가이드 링과 같은 첨가제 제조 SiC 부품은 우수한 열적 안정성, 강성 및 순도를 제공합니다. 이러한 부품 내에 복잡한 냉각 채널을 만들 수 있는 능력은 칩 생산 공정에서 열 관리를 향상시킵니다. 이것은 반도체용 SiC를 급성장하는 분야로 만듭니다.
• 항공우주 및 방위: 광학 시스템용 경량 SiC 거울, 추진 시스템용 부품(노즐, 추진기) 및 극초음속 차량용 선두 가장자리는 SiC의 고온 저항성, 열충격 저항성 및 강성 대 중량 비율의 이점을 누릴 수 있습니다. 항공우주 AM 부품용 SiC를 사용하면 구조적 무결성을 유지하면서 무게를 줄이는 복잡한 설계를 할 수 있습니다.
• 고온 처리: AM SiC로 만든 가마 가구, 용광로 라이닝, 버너 노즐, 열교환기 및 도가니는 1500°C를 초과하는 환경에서 뛰어난 성능을 보입니다. 달성 가능한 복잡한 형상은 고온 응용 분야에서 최적화된 열 전달 및 유동 패턴을 허용합니다.
• 전력 전자: 고전력, 고주파 장치용 방열판, 기판 및 포장 부품은 SiC의 높은 열 전도율과 전기 절연의 이점을 누릴 수 있습니다. AM을 통해 통합 냉각 솔루션과 최적화된 형태를 사용할 수 있습니다.
• 자동차: 전기 자동차(EV)용 부품(전력 인버터, 충전 시스템용 부품 및 마모 저항성으로 인해 잠재적으로 브레이크 시스템까지)이 탐구되고 있습니다. 신속한 SiC 프로토타입 제작 능력은 더 빠른 개발 주기를 지원합니다.
• 화학 처리: 부식성 매체를 처리하는 펌프 부품, 씰, 밸브 및 반응기는 SiC의 화학적 불활성 및 내마모성을 활용합니다. AM은 조인트 및 잠재적인 누출 경로를 최소화하는 통합 설계를 생산할 수 있습니다.
• 에너지 부문: 핵반응로, 태양열 발전 시스템 및 연료 전지용 부품은 극한의 온도 및 방사선 조건에서 SiC의 안정성을 활용합니다.

아래 표는 몇 가지 주요 응용 분야와 AM SiC가 제공하는 이점을 요약합니다.

산업	예시 응용 분야	AM SiC의 주요 이점
반도체	웨이퍼 척, 샤워헤드, CMP 링	높은 강성, 열적 안정성, 복잡한 냉각 채널, 순도
항공우주	거울, 노즐, 선두 가장자리, 열 차폐	경량, 고온 저항성, 열충격 저항성
고온 용광로	버너, 가마 가구, 열교환기	극한 온도 안정성, 효율성을 위한 복잡한 모양
전력 전자	방열판, 기판	높은 열 전도율, 전기 절연, 통합 냉각
화학 처리	씰, 펌프 부품, 밸브	내식성, 내마모성, 복잡한 유동 경로

SiC 적층 제조 기계를 선택하는 이유는 무엇입니까? 장점: 내열성, 내마모성, AM을 통한 복잡한 형상.

생산 워크플로우에서 SiC 첨가제 제조 기계를 선택하면 특히 뛰어난 재료 특성과 복잡한 설계를 요구하는 부품을 처리할 때 많은 이점을 얻을 수 있습니다. 기존 SiC 제조에도 자리가 있지만 AM은 새로운 차원의 가능성을 열어줍니다. 이 기술을 채택하는 주요 동인은 첨가제 공정의 고유한 기능에 의해 증폭된 탄화규소의 고유한 재료적 이점을 중심으로 합니다.

주요 이점은 다음과 같습니다.

• 복잡한 형상을 위한 탁월한 설계 자유 SiC: AM은 기존의 감산 또는 형성 제조에서 부과되는 많은 제약을 제거합니다. 이를 통해 엔지니어는 내부 냉각 채널, 무게 감소를 위한 격자 구조, 컨포멀 형상 및 그렇지 않으면 생산이 불가능하거나 매우 비용이 많이 드는 통합 기능을 갖춘 부품을 설계할 수 있습니다. 이는 유체 역학, 열 전달 또는 구조적 성능을 최적화하는 데 특히 유용합니다.
• 향상된 열적 특성 활용: SiC는 뛰어난 내열성(등급에 따라 최대 ~1600°C 이상에서 안정), 높은 열 전도율 및 낮은 열팽창을 자랑합니다. AM을 통해 표면적이 크게 증가하거나 최대 효과를 위해 정확하게 배치된 냉각 채널을 갖춘 열교환기와 같이 고도로 최적화된 설계에서 이러한 특성을 활용할 수 있습니다.
• 우수한 내마모성 및 내마모성: 탄화규소는 상업적으로 사용 가능한 가장 단단한 세라믹 중 하나로, 뛰어난 내마모성을 제공합니다. 첨가제 제조 SiC 부품은 노즐, 씰 및 베어링과 같이 연마성 또는 고마찰 환경에서 부품 수명을 연장하는 강화된 마모 표면 또는 복잡한 내마모성 기능을 갖도록 설계할 수 있습니다.
• 뛰어난 화학적 불활성: SiC는 고온에서도 광범위한 산, 알칼리 및 용융 염에 저항합니다. AM을 통해 화학 반응기 또는 유체 처리 시스템용으로 일체형의 복잡한 형상 부품을 만들 수 있어 조립 및 잠재적인 고장 지점을 줄일 수 있습니다.
• 신속한 프로토타입 제작 및 반복: 신속한 SiC 프로토타입 제작은 상당한 이점입니다. AM 기계는 몇 주 또는 몇 달이 아닌 며칠 만에 기능적인 SiC 프로토타입을 생산할 수 있으므로 더 빠른 설계 검증, 테스트 및 제품 개발 주기를 수행할 수 있습니다. 이러한 민첩성은 빠르게 변화하는 산업에서 매우 중요합니다.
• 기업에게 중요한 고려 사항입니다. 첨가제 제조는 본질적으로 넷 셰이프에 가까운 공정으로, 부품을 레이어별로 구축하는 데 필요한 재료만 사용합니다. 이는 SiC의 감산 가공과 극명한 대조를 이루며, 이는 낭비적이고 시간이 많이 걸릴 수 있습니다. 이러한 재료 효율성은 특히 고부가가치 SiC 분말을 사용하여 비용 절감에 기여합니다.
• 부품 통합: 복잡한 어셈블리는 종종 단일 통합 부품으로 재설계 및 인쇄할 수 있습니다. 이렇게 하면 조립 시간, 잠재적인 고장 지점 및 전체 시스템 복잡성 및 무게가 줄어듭니다.

OEM(Original Equipment Manufacturers) 및 기술 조달 전문가의 경우 이러한 이점은 우수한 성능, 더 긴 수명 및 잠재적으로 더 낮은 전체 시스템 비용을 제공하는 OEM SiC 부품을 소싱하거나 생산하여 혁신과 시장 경쟁력을 높이는 능력으로 이어집니다.

AM에 권장되는 SiC 분말 및 바인더: 반응 결합, AM에서 소결된 SiC.

SiC 첨가제 제조의 성공은 주로 원자재, 주로 AM용 SiC 분말 및 사용되는 경우 관련 바인더 시스템의 품질과 특성에 달려 있습니다. 재료 선택은 인쇄 공정, 후처리 요구 사항 및 궁극적으로 제조된 부품의 최종 특성에 직접적인 영향을 미칩니다. 바인더 제팅, 재료 압출 및 배트 광중합을 포함하여 여러 AM 기술이 SiC에 적용되며, 각 기술은 특별히 맞춤화된 SiC 공급 원료가 필요할 수 있습니다.

첨가제 제조 경로를 통해 생산하거나 목표로 하는 일반적인 유형의 탄화규소는 다음과 같습니다.

• 소결 실리콘 카바이드(SSiC): AM을 통해 완전 밀도 SSiC를 생산하려면 일반적으로 SiC 분말(종종 바인더 포함)로 그린 부품을 인쇄한 다음 제어된 분위기에서 고온 소결 공정(2000-2200°C)을 거칩니다. 초기 SiC 분말은 미세해야 하며, 입자 크기 분포를 제어해야 하며, 종종 붕소 및 탄소와 같은 소결 보조제를 통합합니다. 소결된 탄화규소(SSiC) AM 부품은 뛰어난 기계적 강도, 높은 열 전도율 및 내마모성을 나타냅니다.
• 반응 결합 실리콘 카바이드(RBSC) / 실리콘 침투 실리콘 카바이드(SiSiC): 이것은 특히 바인더 제팅을 사용하여 SiC의 AM에 대한 일반적인 경로입니다. 먼저 SiC 입자와 탄소의 혼합물을 사용하여 그린 부품을 인쇄합니다. 그런 다음 이 프리폼을 용융 실리콘(일반적으로 약 1500-1700°C)으로 침투시킵니다. 실리콘은 탄소와 반응하여 새로운 SiC를 형성하여 원래 SiC 입자를 결합합니다. 결과적인 반응 결합 탄화규소(RBSC) AM 부품에는 일반적으로 약간의 잔류 자유 실리콘(일반적으로 8-15%)이 포함되어 있어 고온에서의 내화학성과 같은 특성에 영향을 미칠 수 있지만 침투 중 거의 제로 수축과 같은 이점을 제공합니다.
• 질화물 결합 실리콘 카바이드(NBSC): 현재 AM에서는 덜 일반적이지만, 이는 실리콘 질화물(Si3N4) 상에 의해 결합된 SiC 입자를 포함합니다. 이는 질소 분위기에서 소성하는 동안 질화를 촉진하는 첨가제가 있는 SiC를 인쇄하여 달성할 수 있습니다. NBSC는 우수한 열충격 저항성과 강도를 제공합니다.

SiC AM에 대한 주요 재료 고려 사항:

• 파우더 특성:
  • 입자 크기 및 분포: 그린 부품의 충전 밀도와 소결성에 매우 중요합니다. 일반적으로 더 미세한 분말은 더 나은 밀도로 이어집니다.
  • 형태: 구형 분말은 종종 분말 베드 시스템 및 일관된 레이어 증착에 중요한 더 나은 유동성을 제공합니다.
  • 순도: 오염을 방지하고 최적의 특성을 보장하기 위해 반도체 및 고온 환경에서 사용하려면 고순도 SiC가 필수적입니다.
• 바인더 시스템(바인더 제팅과 같은 기술의 경우):
  • 조성: 바인더는 취급을 위한 충분한 그린 강도를 제공하고, 디바인딩 중에 깨끗하게 제거할 수 있어야 하며, SiC 분말과 호환되어야 합니다.
  • 제트 가능성/압출성: 점도와 표면 장력은 프린트 헤드 성능 또는 압출 일관성에 매우 중요합니다.
• 슬러리 특성(배트 광중합 또는 재료 압출의 경우):
  • 점도 및 유변학: 레이어 재코팅 또는 압출에 최적화되어야 하며 높은 분말 로딩을 지원해야 합니다.
  • 안정성: 슬러리는 시간이 지남에 따라 입자가 침강하지 않고 균질하게 유지되어야 합니다.
  • 경화 거동: 광중합의 경우 빛에 대한 감도와 경화 깊이가 주요 매개변수입니다.

AM용 특수 SiC 분말 및 관련 바인더/슬러리 제제의 개발은 역동적인 연구 분야입니다. SiC 3D 프린터 시스템 공급업체는 일관되고 고품질의 결과를 얻기 위해 기계에 최적화된 특정 재료 시스템을 제공하거나 권장하는 경우가 많습니다.

SiC 적층 제조에 대한 설계 고려 사항: 제조 가능성을 위한 설계, 형상 제한, AM을 사용한 벽 두께.

탄화규소의 첨가제 제조는 놀라운 설계 자유를 열어주지만, 자체 규칙과 고려 사항이 없는 것은 아닙니다. SiC 첨가제 제조 기계의 기능을 최대한 활용하려면 엔지니어는 첨가제 제조(DfAM) 사고방식을 위한 설계를 채택해야 합니다. 이 접근 방식은 SiC AM에 내재된 레이어별 구축 프로세스, 재료 특성 및 후처리 단계의 고유한 측면을 고려합니다.

첨가제 제조(DfAM) SiC를 위한 주요 설계 원칙은 다음과 같습니다.

• 복잡성은 (거의) 무료입니다. 복잡성이 비용과 동일한 기존 제조와 달리 AM은 설계가 설정되면 부품당 추가 제조 비용 없이 복잡한 내부 채널, 무게 감소를 위한 격자 구조, 컨포멀 형상 및 통합 기능을 허용합니다. 엔지니어는 통합 냉각 또는 최적화된 유동 경로와 같이 이를 사용하여 기능을 개선하는 방법을 생각해야 합니다.
• 최소 피처 크기 및 벽 두께: 모든 AM 공정 및 기계에는 정확하게 생산할 수 있는 가장 작은 특징(해상도)과 가장 얇은 안정적인 벽에 대한 제한이 있습니다. SiC의 경우 얇은 벽이 그린 상태에서 깨지기 쉽거나 소결 중에 뒤틀릴 수 있으므로 이것이 중요합니다. 일반적인 최소 벽 두께는 특정 AM 기술 및 부품 크기에 따라 0.5mm에서 수 밀리미터까지 다양할 수 있습니다.
• 지원 구조: AM 기술(예: 바인더 제팅은 인쇄 중에 지지대의 필요성을 최소화하지만 소결 중에는 부품에 지지대가 필요할 수 있음)에 따라 오버행 및 브리지는 지지 구조가 필요할 수 있습니다. 이러한 지지대는 취성 SiC 부품을 손상시키지 않고 쉽게 제거할 수 있도록 신중하게 설계해야 합니다. 때로는 부품을 자체 지지하도록 설계하는 것이 더 좋습니다.
• 빌드 방향(AM 빌드 방향): 빌드 플레이트에서 부품의 방향은 표면 마감, 치수 정확도, 빌드 시간 및 필요한 지지대 양에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 AM의 레이어 구조로 인해 기계적 특성에 영향을 미칠 수 있지만, 이는 효과적인 후소결을 통해 종종 최소화됩니다.
• 축소 및 왜곡: SiC 부품은 디바인딩 및 소결 후처리 단계에서 상당한 수축(종종 15-25%)을 거칩니다. 이는 초기 설계에서 정확하게 예측하고 보상해야 합니다. 복잡한 형상 또는 불균일한 두께도 왜곡을 유발할 수 있으므로 이를 완화하는 설계 특징(예: 균일한 벽 두께, 리브)이 중요합니다.
• 내부 채널에서 분말 제거: 복잡한 내부 채널이 있는 부품을 설계하는 경우 인쇄 후 및 소결 전에 융합되지 않은 분말을 제거하기 위한 적절한 접근 지점이 있는지 확인하십시오. 갇힌 분말은 결함으로 이어질 수 있습니다.
• 후처리를 위한 공차: AM은 우수한 초기 공차를 달성할 수 있지만 중요한 치수 또는 표면은 종종 후가공(연삭, 래핑)이 필요합니다. 초고정밀도가 필요한 경우 이러한 영역에서 재료 제거를 허용하도록 설계를 해야 합니다.
• 스트레스 농도: 날카로운 내부 모서리는 응력 집중기일 수 있습니다. 필렛과 반경을 사용하면 본질적으로 취성인 최종 소결 SiC 부품의 기계적 무결성을 향상시킬 수 있습니다.

이러한 SiC 형상 제한 및 설계 지침을 이해하는 것은 성공적인 부품 생산에 매우 중요합니다. SiC AM의 뉘앙스를 이해하는 숙련된 산업용 SiC 솔루션 공급업체와 협력하면 제조 가능성, 성능 및 비용 효율성을 위해 설계를 최적화하는 데 도움이 될 수 있습니다.

SiC AM의 공차, 표면 마감 및 치수 정확도

기술 구매자

일반적으로 예상되는 사항에 대한 세부 정보는 다음과 같습니다.

• 치수 정확도: 인쇄된 상태(녹색 또는 갈색 상태)의 SiC 부품은 특정 수준의 치수 정확도를 갖게 되며, 이는 소결 및 바인더 제거 과정에서 발생하는 크고 때로는 불균일한 수축에 의해 영향을 받습니다. 2차 가공 없이 소결된 SiC AM 부품의 일반적인 치수 공차는 공칭 치수의 ±0.5% ~ ±2% 또는 ±0.1mm ~ ±0.5mm 범위일 수 있으며, 이는 부품 크기, 복잡성, AM 기술 및 공정 제어에 따라 달라집니다. 이는 특정 마감 작업을 수행하기 전에 기존의 압착 및 소결 후 가공된 부품보다 일반적으로 덜 정확합니다.
• 달성 가능한 허용 오차: 더 엄격한 공차를 요구하는 응용 분야의 경우, 연삭, 래핑 또는 EDM(일부 SiC 등급의 경우 전기 방전 가공)과 같은 소결 후 가공 공정이 필수적입니다. 이러한 감산 마감 단계를 통해, 종종 마이크로미터 단위(예: ±5 µm ~ ±25 µm)까지 매우 엄격한 공차를 중요한 기능에 적용할 수 있습니다. 설계자는 이러한 마감 작업에 대한 재료 허용량을 고려해야 합니다.
• 표면 마감(SiC 표면 마감):
  • 인쇄/소결 상태: AM SiC 부품의 소결된 표면 마감은 SiC 분말의 입자 크기, AM 공정의 레이어 두께 및 소결 거동의 영향을 받습니다. 이는 일반적으로 기존의 압착 및 매끄러운 다이 소결 부품보다 거칩니다. Ra(평균 거칠기) 값은 미세 분말 공정의 경우 몇 마이크로미터(예: 3-10 µm Ra)에서 거친 시스템 또는 덜 최적화된 공정의 경우 수십 마이크로미터까지 다양할 수 있습니다.
  • 후처리: 연삭(Ra 0.2-0.8 µm까지), 래핑 및 연마(Ra <0.05 µm or even optical quality). This is critical for applications like mirrors, seals, or semiconductor handling components where smooth, non-contaminating surfaces are required.
• 반복성: 한 빌드에서 다른 빌드로의 부품 특성 및 치수의 일관성은 정밀 SiC 제조의 핵심 요소입니다. 견고한 공정 모니터링 및 제어 시스템을 갖춘 최신 SiC AM 기계는 높은 반복성을 제공하는 것을 목표로 하지만, 이는 재료 배치 일관성, 기계 보정 및 환경적 요인의 영향을 받습니다.

아래 표는 일반적인 비교를 제공합니다.

매개변수	소결된 AM SiC(일반)	후가공된 AM SiC(일반)
치수 공차	±0.5% ~ ±2% 또는 ±0.1 ~ ±0.5 mm	±0.005 ~ ±0.025 mm까지(응용 분야별)
표면 거칠기 (Ra)	3 – 20 µm	< 0.8 µm(연삭), < 0.1 µm(래핑/연마)

조달 팀과 엔지니어는 SiC 적층 제조 기계 공급업체 또는 서비스 제공업체와 특정 공차 및 표면 마감 요구 사항에 대해 논의하는 것이 중요합니다. 이러한 요구 사항은 필요한 후처리 정도를 포함하여 전체 공정 체인에 영향을 미치므로 최종 부품 비용 및 리드 타임에 영향을 미칩니다. AM은 설계상의 이점을 제공하지만, 최종 정밀 형태를 달성하려면 적층 및 감산 기술을 결합한 하이브리드 접근 방식이 필요한 경우가 많습니다.

적층 제조된 SiC에 대한 후처리 요구 사항: 소결, 침투, 연삭, 래핑.

SiC 적층 제조 기계를 사용하여 복잡한 SiC 부품을 만드는 것은 생산 워크플로우의 첫 번째 주요 단계일 뿐입니다. AM으로 생산된 "녹색" 또는 "갈색"(초기 바인더 제거 후) 부품은 일반적으로 의도된 고성능 응용 분야에 필요한 밀도, 강도 및 특정 재료 특성이 부족합니다. 따라서 이러한 인쇄된 프리폼을 완전히 기능적인 엔지니어링 세라믹으로 변환하려면 일련의 중요한 후처리 단계가 필요합니다.

적층 제조된 SiC에 대한 일반적인 후처리 단계는 다음과 같습니다.

1. 디바인딩(바인더 제거): 바인더를 사용하는 AM 기술(예: 바인더 제팅, 재료 압출, 일부 형태의 배트 광중합)의 경우, 인쇄된 부품에는 녹색 부품에 구조적 무결성을 제공하는 상당한 양의 유기 바인더가 포함되어 있습니다. 이 바인더는 고온 소결 전에 조심스럽게 제거해야 합니다. 바인더 제거는 일반적으로 제어된 분위기에서 비교적 낮은 온도(예: 200-600°C)에서 수행되는 열 공정으로, 깨지기 쉬운 "갈색" 부품에 균열이나 변형을 일으키지 않고 유기 성분을 천천히 태워 제거합니다.
2. 소결 또는 침투(SiC 소결 / SiC 침투): 이는 부품을 조밀하게 하고 최종 SiC 미세 구조 및 특성을 개발하는 중요한 고온 단계입니다.
   • 소결 (SSiC의 경우): 주로 SiC 분말(및 소결 보조제)로 구성된 갈색 부품은 불활성 또는 제어된 분위기에서 매우 높은 온도(일반적으로 2000-2200°C)로 가열됩니다. 이렇게 하면 SiC 입자가 결합 및 융합되어 다공성이 감소하고 밀도가 증가하여 이상적으로는 이론 밀도에 가깝게 됩니다. 이 단계에서 상당한 수축이 발생합니다.
   • 침투(RBSC/SiSiC의 경우): 녹색 부품은 종종 SiC와 탄소 분말의 혼합물이며, 용융 실리콘(약 1500-1700°C)의 존재 하에 가열됩니다. 액체 실리콘은 다공성 프리폼으로 스며들어 탄소와 반응하여 새로운 in-situ SiC를 형성하여 원래 입자를 결합합니다. 이 공정은 일반적으로 침투 중에 수축이 최소화된 넷 셰이프 부품에 가깝게 생성되며, 최종 부품에는 약간의 유리 실리콘이 포함됩니다.
3. 세척 및 표면 준비: 소결 또는 침투 후, 부품은 잔류 지지 구조(사용된 경우 및 이전에 제거되지 않은 경우), 느슨한 입자 또는 표면 오염 물질을 제거하기 위해 세척해야 할 수 있습니다. 여기에는 부드러운 블라스팅 또는 초음파 세척이 포함될 수 있습니다.
4. 가공(연삭, 래핑, 연마): SiC의 경도로 인해, 엄격한 공차, 특정 표면 마감 또는 정밀한 기능이 필요한 경우 다이아몬드 가공이 필요합니다.
   • SiC 연삭: 정확한 치수를 달성하고 표면 평탄도 또는 원통도를 개선하는 데 사용됩니다.
   • SiC 래핑 및 연마: 매우 매끄러운 표면(낮은 Ra 값)과 높은 수준의 평탄도를 달성하는 데 사용되며, 밀봉 표면, 광학 부품 또는 반도체 장비 부품에 필수적입니다.
5. 선택적 처리:
   • 봉인: 잔류 다공성이 있는 RBSC 또는 특정 응용 분야의 경우, 불투과성을 개선하기 위해 실런트를 적용할 수 있습니다.
   • 코팅: 기능성 코팅(예: 초고순도용 CVD SiC)을 적용하여 표면 특성을 더욱 향상시킬 수 있지만, 특정 표면 기능이 필요한 경우가 아니면 벌크 AM SiC 부품에서는 덜 일반적입니다.
6. 검사 및 품질 관리: 부품이 사양을 충족하는지 확인하기 위해 치수 검사, 밀도 측정, 표면 거칠기 분석, 내부 결함을 확인하기 위한 NDT(X선 또는 초음파와 같은 비파괴 검사) 및 기계적 특성 테스트가 수행됩니다.

이러한 포괄적인 후처리 요구 사항을 이해하는 것은 AM을 통한 첨단 세라믹 제조를 고려할 때 기술 조달 전문가와 엔지니어에게 매우 중요합니다. 이러한 단계는 SiC 부품의 최종 비용, 리드 타임 및 특성에 상당한 영향을 미칩니다.

SiC 적층 제조의 일반적인 과제 및 극복 방법: 취성, 가공 복잡성, AM 부품의 열 충격.

SiC 적층 제조 기계는 획기적인 기능을 제공하지만, 디지털 설계에서 기능적이고 고성능 SiC 부품으로의 여정은 어려움이 없는 것은 아닙니다. 탄화규소 자체는 까다로운 재료이며, 적층 제조는 특정 복잡성을 도입합니다. 이러한 장애물과 이를 완화하기 위한 전략을 인식하는 것이 성공적인 채택에 매우 중요합니다.

다음은 몇 가지 일반적인 문제와 일반적으로 해결되는 방법입니다.

• 재료 취성(SiC 취성):
  • 도전: SiC는 본질적으로 취성이며 파괴 인성이 낮습니다. 이로 인해 녹색 부품(소결 전)은 매우 깨지기 쉽고 취급, 분말 제거 및 이송 중에 손상되기 쉽습니다. 소결된 부품조차도 충격이나 인장 응력 하에서 칩핑 또는 파손되기 쉽습니다.
  • 극복: 녹색 부품에 대한 주의 깊은 취급 프로토콜이 필수적입니다. 필렛 추가, 날카로운 모서리 방지 및 적절한 벽 두께 보장과 같은 설계 수정은 최종 부품의 응력 집중을 줄일 수 있습니다. 일부 응용 분야의 경우, SiC 매트릭스 복합 재료를 생성(예: 섬유를 통합하여, AM에서 더 복잡하지만)하거나 기능 등급 재료를 사용하면 인성을 향상시킬 수 있지만, 이는 AM에 대한 활발한 연구 분야입니다. 적절한 후소결 어닐링은 내부 응력을 완화할 수 있습니다.
• 가공 복잡성 및 비용:
  • 도전: 소결된 SiC의 극심한 경도로 인해 기존 도구를 사용하여 가공하는 것이 매우 어렵고 비용이 많이 듭니다. 엄격한 공차와 미세한 표면 마감을 위해 종종 필요한 후처리 가공은 느리고 비용이 많이 드는 특수 다이아몬드 연삭, 래핑 또는 EDM에 의존합니다. SiC 가공 복잡성은 전체 부품 비용의 주요 요인입니다.
  • 극복: DfAM 원칙이 핵심입니다. 가능한 한 넷 셰이프에 가깝게 부품을 설계하여 광범위한 후가공의 필요성을 최소화합니다. 가공이 불가피한 경우, 연삭 도구에 쉽게 접근할 수 있는 기능을 설계합니다. 가능한 경우 필요한 공차 및 마감을 직접 달성하기 위해 AM 공정의 기능을 탐색합니다. RBSC의 경우, 유리 실리콘의 존재는 순수 SSiC보다 가공을 약간 더 쉽게 만들 수 있습니다.
• 열충격 저항(열충격 SiC):
  • 도전: SiC는 높은 열전도율과 비교적 낮은 열팽창으로 인해 다른 많은 세라믹에 비해 우수한 열충격 저항을 갖지만, 급격한 온도 변화는 특히 AM으로 생산된 복잡한 형상 또는 불균일한 두께의 부품에서 균열을 유발할 수 있습니다. AM 부품의 레이어 간 결합은 공정이 최적화되지 않은 경우 약점이 될 수 있습니다.
  • 극복: 재료 선택(예: 특정 등급의 RBSC 또는 NBSC는 일부 SSiC 등급보다 더 나은 열충격 저항을 제공할 수 있음) 및 소결 중 미세 구조 제어가 중요합니다. 균일한 가열 및 냉각을 촉진하고 급격한 열 구배를 피하는 설계 기능. 유한 요소 분석(FEA)은 설계 단계에서 열 응력 집중을 예측하고 완화하는 데 사용할 수 있습니다. AM 및 소결 공정 중에 우수한 층간 결합을 보장하는 것이 중요합니다.
• 수축 제어 및 치수 정확도:
  • 도전: 바인더 제거 및 소결 중(특히 SSiC의 경우) 상당하고 잠재적으로 비등방성 수축은 적절하게 관리하지 않으면 치수 부정확성과 뒤틀림을 유발할 수 있습니다.
  • 극복: 분말 특성, 바인더 제형, 인쇄 매개변수 및 소결 사이클을 정밀하게 제어하는 것이 필수적입니다. 고급 시뮬레이션 소프트웨어는 수축을 예측하고 초기 CAD 모델에서 보상을 허용하는 데 도움이 될 수 있습니다. 재료의 거동에 대한 반복적인 공정 최적화와 깊은 이해가 필요합니다.
• 분말 취급 및 관리:
  • 도전: 미세 SiC 분말은 연마성이 있을 수 있으며, 적절하게 취급하지 않으면 흡입 위험이 있으며, 분말 베드 AM 시스템에서 유동성이 문제가 될 수 있습니다.
  • 극복: 적절한 개인 보호 장비(PPE), 밀폐된 분말 취급 시스템 및